装载机双变滤油器螺栓断裂原因分析刘志鹏
1.故障现象
1台使用3了个月的ZL50C型装载机，在毫无前兆的情况下，其双变滤油器上的内六角螺栓突然断裂。该装载机双变滤油器主要由滤芯和壳体组成，其中壳体包括上盖和筒体，均为铸铝材质。上盖和筒体通过4个8.8级内六角螺栓组装在一起，如图1所示。维修人员反映，该型装载机在恶劣工况作业时，出现过多起双变滤油器内六角螺栓断裂现象，造成上盖与筒体分离、变矩器油外溢，导致装载机无法继续使用
图1双变滤油器壳体结构
2.原因分析
拆解双变滤油器后发现其简体完好，上盖出现损坏。断口表面基本平直，与螺栓轴线垂直，断口无明显塑性变形。断裂螺栓的2个断口可以上、下吻合，说明螺栓硬度较高。螺栓的断口形状如图2所示。
图2螺栓断口形状
万方数据
（1）分析螺栓断口螺栓正确安装后，其
螺纹连接处的第1扣大约承受25%的总载荷，第2扣承受19%的总载荷，因此 60%~65%螺栓断裂均位于螺纹连接处第1扣的根部。该双变滤油器螺栓的断裂就是发生在第1扣螺纹根部，由此可知螺栓第1扣螺纹位置确实承受了较大的载荷，
疫劳裂纹源
载荷过大是引起螺栓断裂的主要原因。
（2）分析螺栓断裂面
我们从螺栓的断裂面发现，该断裂面形成的区域非常明显，可清楚吞到疲劳裂纹源、疲劳扩展区和脆性断裂区。据此分析认为，螺栓长期承受预紧力和双变滤油器内油液脉动冲击的交变载荷，首先在疲劳裂纹源处产生裂纹，并向疲劳断裂区延伸。当剩余部分不足以承担预紧力及交变载荷时，最终导致螺栓发生断裂。螺栓的断裂面如图3所示。
（3）确定断裂原因
以上分析，虽然可以确定螺栓是由疲劳断裂引起，但是不能确切得出引起疲劳断裂的原因。我们检查了多个螺栓断裂的双变滤油器，对螺栓断裂面研究后发现，不论哪个位置的螺栓断裂，螺栓断裂的疲劳裂纹源总是位于筒体近心端，疲劳扩展区、脆性断裂区总是位于筒体远心端。由此可推断，所有螺栓均承受图4中箭头方向的弯矩，且该弯矩为交变载荷，客易造成螺栓断裂。
螺栓承受弯矩的原因是双变滤油器上盖度不足，在装载机工作过程中，因持续的油液脉动冲击，引起上盖周期性变形，导致上盖中心处产生持续的凸起、恢复、凸起交替变形，使螺栓承受
疲劳扩展区
瞻性断裂区
图3螺栓断面图
持续、交变的弯曲载荷，进而在应力集中区域产生初始的疲劳裂纹源，并逐渐扩展增大，最终发生脆性断裂。
图4断面撕裂方向
3.改进方法
由以上分析可知单纯增加螺栓直径、提高其强度等级，并不能从根本上杜绝螺栓疲劳断裂的产生。为此我们将双变滤油器上盖的厚度增加了2mm，以提高上盖的刚度、减小其在工作时的变形量、避免螺栓承受弯曲载荷。上述改进解决了双变滤油器内六角螺栓疲劳断裂问题。
（作者地址：上海市松江区民益路26号龙工（上海）机械制造有限公司装载机技术中心 201612)
CM&M 2017.03 1 67